传统的锂离子电池电极湿法生产工艺需要消耗大量的溶剂，并且在溶剂的烘干过程中还需要消耗大量的能源，为了进一步降低锂离子电池生产成本，干法电极工艺近年来得到了广泛的关注。不同于湿法电极生产工艺，干法电极工艺不使用溶剂，因此电极生产成本大幅降低。

  近日，美国肯塔基大学的Mohanad Al-Shroofy（第一作者，通讯作者）等人对干法工艺制备NCM111电极进行了研究。

  从下图a和b可以看到NMC颗粒再干法涂布前后形貌没有发生显著的改变，从下图c可以看到干法工艺制备的电极再碾压后，电极的变得更为致密，同时颗粒出现了一定的破损，湿法工艺的电极（下图d）在碾压后的破损现象稍微轻一些。

  下图a和b为电极在碾压后的干法NCM111电极的截面图，下图c为湿法NCM111电极的截面图，可以看到两种电极具有相似的形貌。

  作者对比了湿法工艺电极和干法工艺电极的电化学性能，电极的基本参数如下表1所示。从下图中可以看到干法NMC111电极（下图a）和湿法NCM111电极（下图b）首次充放电曲线基本一致。
 

  下图为干法NMC111电极在第1、10和20次循环的电压曲线，从图中能够看到在第1次循环中NCM111材料的容量发挥约为155mAh/g，在第20次时为153mAh/g。下图b中对比了干法工艺电极和湿法工艺电极的倍率性能，可以看到在0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C和1C倍率下，材料的容量分别为156、148、139、130、96、20和139 mAh/g，相比于湿法工艺电极在5C和10C倍率下，干法工艺电极具有一定的劣势。

  下图c中对比了干法工艺和湿法工艺电极的长期循环性能，可以看到干法电极初始容量为155mAh/g，在经过300次循环后，剩余容量约为123mAh/g，容量保持率约为80%，相比之下，两种高低涂布量的湿法工艺电极在经过300次循环后容量保持率分别为60%和65%。
 

 

  下图为循环后的干法电极（下图a、b）和湿法电极（下图c、d）在循环后的扫描电镜图片，从图中能够看到两种电极在循环后都出现了明显的裂纹，其中干法电极的裂纹相当部分时出现在了颗粒的晶界处，而湿法工艺电极的裂纹则更多的出现在颗粒/粘结剂/导电剂的交界处。

 

      Mohanad Al-Shroofy的研究表明通过干法工艺，也能够获得电性能良好的电极，在循环寿命方面干法工艺电极甚至还具有一定的优势，但是在倍率性能方面干法工艺电极在大电流放电能力上有一定的差距。
 

  参考文献

      Solvent-free dry powder coating process for low-cost manufacturing of LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ cathodes in lithium-ion batteries, Journal of Power Sources 352 (2017) 187-193, Mohanad Al-Shroofy, Qinglin Zhang, Jiagang Xu, Tao Chen, Aman Preet Kaur, Yang-Tse Cheng

来源:新能源Leader   (责任编辑：子蕊)